船舶振动和噪音的产生是一个复杂的多因素问题，涉及机械、流体动力、结构和环境等多方面的相互作用。
一、振动和噪音产生的原因
1.机械振动与噪音
主机（如柴油机、燃气轮机）：
活塞往复运动、曲轴旋转的不平衡惯性力；
气缸内燃烧压力波动引发的高频振动；
齿轮箱啮合误差或轴承磨损导致的周期性冲击。
辅机（发电机、泵、压缩机等）：
电机转子偏心或电磁力不均引起的振动；
流体机械（如离心泵）的叶轮空化或流量脉动。
轴系（推进轴、传动轴）：
轴系对中不良导致的扭转振动；
联轴器刚度不匹配引发的谐波共振。
2.流体动力振动与噪音
螺旋桨：
空泡现象（低压区气泡破裂产生高频冲击波）；
非均匀伴流场（船尾流场不均匀导致桨叶周期性载荷波动）；
桨叶涡脱落（如梢涡和毂涡引发的低频脉动压力）。
船体周围流场：
船体表面湍流边界层产生的宽频噪音；
附体（如舵、舭龙骨）分离流导致的涡激振动（VIV）。
水动力声辐射：
螺旋桨脉动力通过轴系传递至船体的结构声；
船体板架在流体压力波动下的辐射噪音。
3.结构振动与共振
局部结构刚度不足：
甲板、舱壁等薄板结构的低阶模态易被激励；
长跨度支撑梁的弯曲振动传递。
全局模态耦合：
船体梁垂向/水平弯曲与主机激励频率重合；
上层建筑与主船体连接处的动力放大效应。
4.其他因素
货物与液舱晃动：
液舱自由液面晃动对舱壁的周期性冲击；
散货颗粒碰撞舱壁产生的随机振动。
外部环境激励：
波浪冲击船底导致的瞬态振动（如砰击）；
冰区航行时船体与冰层的碰撞噪音。
二、振动和噪音控制对策
1.源头控制（减少激励）
动力设备优化：
采用高平衡等级柴油机（如ISO1940G2.5级）；
安装弹性基座（如钢丝绳隔振器、液压悬置）；
使用变频电机降低电磁谐波振动。
螺旋桨设计改进：
大侧斜、变螺距桨叶设计（降低空泡倾向）；
导管螺旋桨或CLT（ContractLoadedTip）技术抑制梢涡；
采用复合材料桨叶（如碳纤维）以改变固有频率。
轴系动力学优化：
有限元分析（FEA）辅助轴系对中设计；
安装调谐式减振器（如动力吸振器）抑制扭转振动。
2.传播路径控制（阻断能量传递）
隔振系统：
双层隔振（主机筏架船体）降低高频传递率；
采用阻抗失配设计（如金属橡胶复合隔振垫）。
声学包覆：
敷设约束层阻尼（CLD）材料抑制板件振动；
安装声学覆盖层（如聚氨酯泡沫+铅板组合）吸收流体噪声。
结构解耦设计：
弹性连接上层建筑（如采用橡胶支座）；
增加局部加强筋或质量块改变结构模态。
3.主动控制技术
主动隔振（ActiveVibrationControl,AVC）：
压电作动器实时抵消轴系振动；
自适应算法（如LMS）优化控制信号。
有源噪声控制（ActiveNoiseControl,ANC）：
舱室内部布置麦克风阵列和扬声器实现声波抵消；
针对低频线谱噪声（如螺旋桨叶频）效果显著。
4.设计与运维管理
船型优化：
采用V型艉部线型改善伴流场均匀性；
球鼻艏设计降低兴波阻力及流体噪声。
监测与维护：
安装振动加速度计和声压传感器进行在线监测；
定期开展轴系对中校准和螺旋桨抛光（减少空泡初生）。
规范符合性：
满足IMO《船上噪声等级规则》及舰船的MILSTD740F标准；
采用声学仿真软件（如VAOne）进行全船噪声预报。
三、典型案例
邮轮减振：采用浮筏隔振+上层建筑弹性支撑，使客舱噪声低于45dB(A)。
军用舰艇隐身设计：七叶大侧斜螺旋桨+消声瓦覆盖，使水下辐射噪声降低20dB。
LNG运输船：液舱晃荡抑制通过设置防荡板，结合CLD材料降低结构振动。
四、未来趋势
智能材料应用：磁流变弹性体（MRE）实现隔振刚度自适应调节。
数字孪生技术：基于实时数据的振动噪声联合仿真优化。
新能源动力：电力推进系统（POD）减少机械传动激励。
通过综合运用上述对策，可显著提升船舶舒适性、隐蔽性及结构寿命，具体方案需结合船型、航速及任务需求进行多学科优化设计。
